Isomeria Óptica

Isomeria óptica é um dos tipos de isomeria espacial e está associada ao comportamento das substâncias quando estas são submetidas a um feixe de luz polarizado, em que as ondas vibram em um só plano. 

A luz polarizada é obtida quando a luz natural, que é não polarizada (as ondas apresentam infinitos planos de vibração), atravessa um polarizador.

O polarizador mais usado, na prática, é o prisma de Nicol, que é constituído por dois cristais de calcita colados com “bálsamo de Canadá”.

Podemos classificar as substâncias que são atravessadas pela luz polarizada em duas categorias:

• Substâncias opticamente inativas – são aquelas que não desviam o plano de vibração da luz polarizada;
• Substâncias opticamente ativas – são aquelas que desviam o plano de vibração da luz polarizada. O desvio pode ocorrer em dois sentidos: o isômero que desvia a luz para o lado direito é denominado dextrógiro (d); já aquele que desvia a luz para o lado esquerdo é denominado levógiro (l).

Podemos determinar o desvio da luz polarizado por meio de experimentos utilizando um aparelho chamado polarímetro, como mostra o esquema a seguir:

Isômeros ópticos são aqueles que possuem a mesma fórmula molecular e a mesma fórmula estrutural plana. A diferença se encontra na atividade óptica de cada um.

Existe uma condição necessária para que a substância apresente isomeria óptica: a substância precisa apresentar uma estrutura assimétrica. Uma estrutura será simétrica quando ela possuir ao menos um plano de simetria, ou seja, se pudermos dividi-la em duas metades idênticas, então ela será simétrica. 

As estruturas que não admitirem nenhum plano de simetria serão assimétricas. Estruturas assimétricas, diferentemente das simétricas, não são sobreponíveis.

A assimetria molecular ocorre quando houver pelo menos um carbono assimétrico ou quiral (C*), que apresenta quatro ligantes diferentes entre si. Esses ligantes podem ser átomos, radicais (metil, etil, etc.) ou grupos funcionais. A estrutura básica de um carbono quiral é a seguinte:

Devemos lembrar que A ≠ B ≠ D ≠ E.

Toda a molécula que apresentar um carbono quiral será assimétrica, sendo composta por dois isômeros opticamente ativos, sendo um deles dextrogiro e o outro levogiro. Suas moléculas irão funcionar como objeto e imagem em relação a um espelho plano. Veja o exemplo a seguir:

Ácido láctico ou ácido 2-hidroxipropanoico

O ácido d-láctico e o l-láctico são química e fisicamente idênticos, porém são fisiologicamente diferentes. Eles provocam o mesmo desvio angular da luz polarizada, mas em sentidos opostos, isto é, um dos isômeros desviará de +α e o outro, de -α. Um dos isômeros será denominado antípoda óptica ou enantimorfo do outro.

A mistura em quantidades iguais dos isômeros dextrogiro e levogiro resulta em uma mistura racêmica, também chamada racêmico. O racêmico é uma mistura opticamente inativa, não causando desvio no plano de vibração da luz. Isso ocorre porque o desvio gerado pelo levógiro é compensado ou anulado pelo desvio gerado pelo dextrogiro.

Segue abaixo alguns exemplos de moléculas que apresentam um carbono quiral, sendo, portanto, representados por um par de antípodas ópticas e um racêmico:

Para moléculas que apresentam um único carbono quiral, temos dois isômeros opticamente ativos e um só isômero opticamente inativo.

Já para moléculas que possuem mais de um carbono assimétrico, podemos determinar a quantidade de isômeros opticamente ativos e inativos empregando as fórmulas propostas por Van’t Hoff e Le Bel:

• Número de isômeros opticamente ativos = \(2^n\)
• Número de isômeros opticamente inativos (misturas racêmicas) = (\(2^n\))/2
• onde n é o número de carbonos quirais na molécula.

Exemplos:

N° de carbonos quirais (C*): n = 2

Nº de isômeros opticamente ativos: \(2^n\) = 2² = 4

Nº de isômeros opticamente inativos: (\(2^n\))/2 = (2²)/2 = 2

Moléculas cíclicas, apesar de não conterem carbonos quirais, também apresentam assimetria molecular, portanto, também sofrem isomeria óptica. Para calcular o número de isômeros possíveis, é necessário considerar a existência do carbono quiral.

Para isso, precisamos considerar os ligantes fora do anel e considerar como ligantes as sequências no sentido horário e anti-horário do anel. Observe o exemplo abaixo:

Apenas os carbonos 1 e 2 são quirais, uma vez que o carbono 3 apresenta dois ligantes iguais (H).

C (1):

Ligantes fora do anel: 

–H e –OH

Sentido do percurso do anel:

Horário:

Anti-horário:

C (2):

Ligantes fora do anel:

 –H e –\(CH_3\)

Sentido do percurso do anel:

Horário:

Anti-horário:

Como temos dois carbonos quirais na molécula (n = 2):

Nº de isômeros opticamente ativos = \(2^n\) = 2² = 4

N° de isômeros opticamente inativos = (\(2^n\))/2 = (2²)/2 = 2